9.4静电的防止与利用 课件-2024-2025学年高二上学期物理人教版（2019）必修第三册

第九章 静电场及其应用 第4节 静电的防止和利用 02 03 01 尖端放电 静电平衡 第4节 静电的防止和利用 目录 CONTENTS 静电吸附 04 静电屏蔽 人由于摩擦而身上会带上很多电荷，一旦接触金属就会形成放电，在油库重地就有可能会形成大火。 新课引入：为什么给车加油前要触摸一下静电释放器？ 自然界到处都有静电。生活中的穿衣、脱衣、运动等过程都可能产生静电。静电有其有利的一面，也有有害的一面。为做好静电的防止和利用，我们需要彻底学习有关静电的知识。 思考: E （2）将金属导体放入电场中,自由电子怎样移动？ 有自由电子 （1）金属导体的微观结构如何？ 新课引入：为什么给车加油前要触摸一下静电释放器？ E/ 当E/=E时， 电子不在定向移动， 导体达到静电平衡状态 E 思考: （2）将金属导体放入电场中,自由电子怎样移动？ 有自由电子 （1）金属导体的微观结构如何？ 新课引入：为什么给车加油前要触摸一下静电释放器？ 一、静电平衡 ①内部合场强处处为零 ②外部合场强与导体表面处处垂直 E/ E 1.定义: 导体内部及表面电荷不再定向移动 2.特点: + + + E E/ A B A B A、B两点感应电场谁强？ ③净电荷只能分布在外表面， + 内部没有净电荷 【典例1】矩形金属导体处于正点电荷Q产生的电场中，静电平衡时感应电荷产生的电场在导体内的电场线分布情况正确的是(　 ) A 【典例2】如图所示，将带正电荷Q的导体球C靠近不带电的导体，若沿虚线1将导体分成A、B两部分，这两部分所带电荷量大小分别为QA、QB；若沿虚线2将导体分成两部分，这两部分所带电荷量大小分别为QA′和QB′。对于上述实验，电荷量关系正确的是(　 ) A．QA<QB，QA＝QA′ 　　 B．QA＝QB，QA>QA′ C．QA′<QB′，QB＝QB′ D．QA′＝QB′，QB<QB′ D 【典例3】 一金属球，原来不带电，现沿球直径的延长线放置一均匀带电的细杆MN，如图所示．金属球上感应电荷产生的电场在球内直径上a、b、c三点的场强大小分别为Ea、Eb、Ec，三者相比，则(　　) A．Ea最大　 B．Eb最大 C．Ec最大 D．Ea＝Eb＝Ec C 2024/10/31 9 【典例4】(多选)如图所示,接地的金属板右侧有固定的点电荷+Q，a、b点是金属板右侧表面的两点，其中a到＋Q的距离较小，下列说法正确的是(　 ) A．由于静电感应，金属板右侧表面带负电，左侧表面带正电 B．由于静电感应，金属板右侧表面带负电，左侧表面不带电 C．a、b两点的电场强度不为零，且两点场强 方向相同，但a点比b点的场强要强(小)一些 D．a、b两点的电场强度不为零，且两点场强 方向相同，但a点比b点的场强要强(大)一些 BD ③净电荷只能分布在外表面， 一、静电平衡 ①内部合场强处处为零 ②外部合场强与导体表面处处垂直 1.定义: 导体内部及表面电荷不再定向移动 2.特点: 孤立导体的净电荷也分布在导体外表面。 内部没有净电荷 E/ E + + + E E/ A B A B + ③净电荷只能分布在外表面， 一、静电平衡 ①内部合场强处处为零 ②外部合场强与导体表面处处垂直 1.定义: 导体内部及表面电荷不再定向移动 2.特点: 孤立导体的净电荷也分布在导体外表面。 内部没有净电荷 ④在导体外表面，越尖锐的地方，电荷密度越大 凹陷的位置几乎没有电荷。 + + ▲导体尖端的强电场使空气中残留的带电粒子发生剧烈运动 思考1：导体尖端电荷很密集会导致什么？ + + ▲带电粒子与气体分子碰撞使气体分子中的正负电荷分离 ▲导体尖端的强电场使空气中残留的带电粒子发生剧烈运动 思考1：导体尖端电荷很密集会导致什么？ ▲带电粒子与气体分子碰撞使气体分子中的正负电荷分离 ▲新产生的带电粒子在强电场的作用下使空气进一步电离 ▲电离产生的带电粒子在电场的作用下，向着与自己电荷符号相反的一端运动 + + + + + + + 二、尖端放电 1.定义: 导体尖端的强电场使附近的空气电离，电离后的异种离子与尖端的电荷中和，这相当于导体从尖端失去电荷的现象 二、尖端放电 1.定义: 2.应用: ①避雷针 二、尖端放电 1.定义: 2.应用: ①避雷针 ②燃气灶的电子点火装置 针尖形状 二、尖端放电 1.定义: 2.应用: ①避雷针 ②燃气灶的电子点火装置 ③电晕（微弱的尖端放电） 二、尖端放电 1.定义: 2.应用: ①避雷针 ②燃气灶的电子点火装置 ③电晕（微弱的尖端放电） 现象：夜间高压线周围出现的绿色光晕，俗称电晕，这是一种微弱的尖端放电现象。 二、尖端放电 1.定义: 2.应用: ①避雷针 ②燃气灶的电子点火装置 避免：尖端放电会使高压设备上电能损失，故高压设备导体的表面都是非常光滑。 ③电晕（微弱的尖端放电） ▲B附近的空气中气体分子被电离成正负离子 + + - - + - - + 小油滴 小油滴 + + + + - - - - 小油滴 小油滴 ▲电子在向着正极A运动的过程中，遇到油烟中的小油滴，会使油滴带负电 思考2：油滴通过被强电场电离的空气会产生什么现象？ + + + + - - - - ▲带负电的油滴受到静电力作用向着电极运动，被吸附在电极上。 这是装置的横截面图：直导线B和金属板A分别与起电机的负极、正极相连，摇动起电机，直导线B与金属板A之间会有很强的电场，且距离直导线B越近，电场强度越大。B附近的气体分子更容易被电离，成为正离子和电子. 21 + + + + ①静电除尘 三、静电吸附 1.原理: 带电粒子在电场中受到静电力作用向着电极运动，最后被吸附在电极上。 2.应用: ①静电除尘 三、静电吸附 1.原理: 带电粒子在电场中受到静电力作用向着电极运动，最后被吸附在电极上。 2.应用: ②静电喷漆 接负高压的涂料雾化器 - - - - - - - - - - - - - - - - - + + + + 工件 ③静电复印 ①静电除尘 三、静电吸附 1.原理: 带电粒子在电场中受到静电力作用向着电极运动，最后被吸附在电极上。 2.应用: ②静电喷漆 ▲利用有机光导体的光敏特性，让电荷排列组合成相应的文字图样，利用静电吸附吸上墨粉，再将墨粉图样转印到纸上。 ③静电复印 ①静电除尘 三、静电吸附 1.原理: 带电粒子在电场中受到静电力作用向着电极运动，最后被吸附在电极上。 2.应用: ②静电喷漆 ▲利用有机光导体的光敏特性，让电荷排列组合成相应的文字图样，利用静电吸附吸上墨粉，再将墨粉图样转印到纸上。 思考3:如果在静电场中放一个空腔导体，电荷会如何分布？ E/ E E 结论：形成了一个内部场强处处时时为0， 且不受外部电场影响的空腔区域。 思考4:如果把放在静电场中的空腔导体换成金属网罩呢？ 四、静电屏蔽 导体球壳内(或金属网罩)达到静电平衡后，内部场强处处为0，不受外部电场的影响的现象。 1.定义: 2.应用: (1)电学仪器和电子设备外面的金属罩，通讯电缆外面包的一层铅皮，可以防止外电场的干扰． 四、静电屏蔽 2.应用： (2)电力工人高压带电作业，全身穿戴金属丝网制成的衣帽、手套、鞋，可以对人体起到静电屏蔽作业，使人安全作业． 四、静电屏蔽 2.应用: (3)三条输电线的上方还有两条导线，与大地相连，形成一个稀疏金属网，把高压线屏蔽起来免遭雷击。 四、静电屏蔽 2.应用: + E合=0 E外 E感 思考5:金属壳（网）能屏蔽外面的电荷对里边的影响，若将电荷放入金属壳（网）内，会有什么现象发生？ + E合=0 不能挡住内部电荷向外激发的电场。 说明：金属(网)罩等能屏蔽外来电场， 注意: 金属(网)罩等能屏蔽外来电场 接地的金属(网)罩能屏蔽内部电荷向外激发的电场。 导体球壳内(或金属网罩)达到静电平衡后，内部场强处处为0，不受外部电场的影响的现象。 1.定义: 2.应用: 屏蔽电场 四、静电屏蔽 【典例5】(多选)带正电的金属球壳挖掉一个小孔，带绝缘柄的球C深入球壳内部接触内表面，A球用很长的金属导线连着验电器的顶端B球，现在让A球接触带电金属球壳，下列说法正确的是（ ） A. C球不带电 B. C球带正电 C. 验电器不会张开 D. 验电器会张开 B A c AD B A 【变式1】(多选)带正电的金属球壳挖掉一个小孔，带绝缘柄的球C深入球壳内部接触内表面，A球用很长的金属导线连着验电器的顶端B球，现在让A球靠近带电金属球壳，下列说法正确的是（ ） A. C球不带电 B. C球带正电 C. 验电器不会张开 D. 验电器会张开 c AD 【变式2】(多选)带正电的金属球壳挖掉一个小孔，带绝缘柄的球C深入球壳内不接触内表面，A球用很长的导线连着验电器的顶端B球，现在让A球伸进球壳内部但不接触。下列说法正确的是（ ） A. C球不带电 B. C球带正电 C. 验电器不会张开 D. 验电器会张开 B A c AD 【变式3】(多选)带正电的金属球壳挖掉一个小孔，带绝缘柄的球C深入球壳内不接触内表面，A球用很长的导线连着验电器的顶端B球，现在让A球伸进球壳内部接触内壁。下列说法正确的是（ ） A. C球不带电 B. C球带正电 C. 验电器不会张开 D. 验电器会张开 A B c AD 【典例6】如图所示，将悬挂在细线上的带正电的小球A放在不带电的金属空心球C内(不与C的内壁接触)，在C附近另外有一个悬挂在细线上的带负电的小球B，则（　　） A．A，B两球均不偏离竖直方向 B．A球不偏离竖直方向，B球向右偏离竖直方向 C．A球向左偏离竖直方向，B球不偏离竖直方向 D．A球向左偏离竖直方向，B球向右偏离竖直方向 B 【练习1】下图是一种新颖的“静电”绝缘纤维布制成的预防新型冠状病毒肺炎口罩面料构成示意图。其中熔喷层经驻极工艺，表面带有电荷，它能阻隔几微米的病毒，这种静电的阻隔作用属于（　　） A．静电感应 B．摩擦起电 C．静电吸附 D．静电屏蔽 C 课堂练习 【练习2】国家电网检修人员利用直升机直接或通过绝缘绳索等间接方式将作业人员运载至线路故障位置开展带电检修。请用学过的电学知识判断下列说法正确的是（　　） A．电工被铜丝纺织的衣服所包裹，使体内 电场强度保持为零，对人体起保护作用 B．直升飞机内存在很强的电场 C．小鸟停在单根高压输电线上会被电死 D．铜丝必须达到一定的厚度，才能对人体起到保护作用 A 课堂练习 【练习3】如图，放在绝缘台上不带电的金属网罩B内放有一个不带电的验电器C，若把一带有正电荷的绝缘体A移近金属罩B，则（　　） A．验电器C的金属箔片将张开 B．金属罩B的右侧外表面带正电荷 C．用导线连接金属罩B和验电器C的金属球，验电器金箔张开 D．金属罩B左、右两侧电荷电性相同 B 课堂练习 【练习4】在一次科学晚会上，小陶老师表演了一个“魔术”：如图甲，一个空塑料瓶中固定着一根细金属条（钢锯条）和一块易拉罐（金属）片，将金属片和钢锯条分别与静电起电机正负极相连。在塑料瓶里放一盘点燃的蚊香，很快就看到整个塑料瓶里烟雾缭绕。摇动起电机，顿时塑料瓶清澈透明，停止摇动，又是烟雾缭绕，图乙为其俯视图。已知金属片是半径为R的圆弧，金属条恰好位于其圆心，两者的高度均为h。若匀速摇动起电机时，两极间的电压恒为U，则（　　） A．未摇动起电机时，烟尘在金属片与金属锯条之间下落的最大时间为 B．匀速摇动起电机时，金属片与金属锯条之间的电场强度为U/R C．室内空气湿度越大，实验效果越好 D．烟尘最终被吸附到金属片上 D 课堂练习 【练习5】复印机的核心部件是有机光导体鼓，它是在一个金属圆柱表面涂盖一层有机光导体OPC(没有光照时OPC是绝缘体，受到光照时变成导体)而制成的。如图所示，复印机的基本工作过程是：(1)在暗处的有机光导体鼓和一个金属丝电极之间加上高电压，金属丝附近空气发生电离，使转动鼓体均匀带上正电荷；(2)文件反射的强光通过光学系统在鼓上成像，鼓上形成“静电潜像”；(3)鼓体转动经过墨粉盒，潜像将带相反电荷的墨粉吸引到鼓体带电部位；(4)鼓体继续转动经过复印纸，带电复印纸又将墨粉吸引到复印纸上。以下说法正确的是(　 ) A．步骤(1)中发生了静电感应现象 B．步骤(2)中发生了局部导电现象 C．步骤(3)中发生了静电平衡现象 D．步骤(4)中发生了静电屏蔽现象 课堂练习 B 课堂练习 【练习6】 为清除烟气中的煤粉灰尘，可采用如图所示的静电除尘装置，它是由金属管A和在管中轴线上由重锤悬挂一根金属丝B组成，A接到高压电源正极，B接到高压电源负极，AB间将形成很强的电场，空气中的气体分子被强电场电离成电子和正离子，则(　 ) A．空气分子在A极附近更易被电离，灰尘颗粒更易带上正电 B．空气分子在A极附近更易被电离，灰尘颗粒更易带上负电 C．空气分子在B极附近更易被电离，灰尘颗粒更易带上正电 D．空气分子在B极附近更易被电离，灰尘颗粒更易带上负电 D 课堂练习 【练习7】 如图所示为某带电导体四周的电场线分布，M、N是电场中两点，则(　 ) A．导体左侧带正电，右侧带负电 B．导体左侧的电荷分布密度大于右侧 C．M点的电场强度大于N点的电场强度 D．导体内部的P点场强为零 D 课堂练习 【练习8】(多选)如图是某款家用空气净化器及其原理示意图，污浊空气通过过滤网后使尘埃带电。图中充电极b、d接电源负极，集尘极a、c、e接电源正极(接地)。下列说法正确的是( 　 ) A．通过过滤网后空气中的尘埃带负电 B．尘埃在被吸附到集尘极e的过程中动能增大 C．c、d两个电极之间的电场方向竖直向上 D．尘埃被吸附到集尘极a的过程中所受电场力做负功 AB 【练习9】长为L的导体棒原来不带电，现将一电荷量为+q的点电荷放在与棒的左端距离为R的地方，如图所示。达到静电平衡后，棒上的感应电荷在棒内中点O处产生的场强有多大？方向如何？ R L O +q E感方向与E源方向相反，即指向点电荷+q. =k (R+L/2)2 q 解： E感＝E源 课堂练习 2024/10/31 47 谢 谢 观 看 $$nullnullnullnull